引力波:发现爱因斯坦广义相对论缺失的"很后一块拼图"

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    作  者 :
    (美)珍娜·莱文(Janna Levin) 著;胡小锐,万慧
    所属分类 :
    图书 > 科学与自然 > 科普读物
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    引力波:发现爱因斯坦广义相对论缺失的
    • 作 者:(美)珍娜·莱文(Janna Levin) 著;胡小锐,万慧
    • 出版社:中信出版社
    • 出版时间:2017-07-01
    • 开 本:16开
    • 页 数:299
    • 印刷时间:2017-07-01
    • 字 数:200千字
    • 装 帧:精装
    • 语  种:中文
    • 版 次:1
    • 印 次:1
    • I S B N:9787508676999
    文艺小说
    人文社科
    经管励志

    目录

    推荐序
    第1章黑洞碰撞
    第2章宇宙的声音
    第3章广义相对论
    第4章引力波探测先驱
    第5章错误的宣言
    第6章“40米”实验室
    第7章蓝皮书与三巨头
    第8章发现脉冲星
    第9章实验室里的开拓者
    第10章汉福德天文台
    第11章臭鼬工厂
    第12章霍金的赌局
    第13章罗生门事件
    第14章利文斯顿天文台
    第15章一群探索宇宙奥秘的人
    第16章与时间赛跑
    尾声
    致谢
    附录
    注释

    作者简介

    珍娜·莱文(Janna Levin),美国哥伦比亚大学巴纳德学院的物理学和天文学教授,布鲁克林艺术与科学中心“先锋工厂”(Pioneer Works)的科学总监。她一直致力于黑洞、宇宙的额外维度、时空与引力波的研究,出版过《宇宙溯源》(How the Universe Got Its Spots)、《图灵机狂人梦》(A Madman Dreams of Turing Machines)等著作。2011年3月,她发表了TED演讲《宇宙的声音》(The sound the universe makes)。2012年,她获得古根海姆奖。

    促销语

    迄今为止很、很一手、很受LIGO项目官方认可的“引力波”读物。一手的翔实资料,烧脑的科学知识,精彩的人性故事,坚毅的科学精神,生动呈现引力波长达14亿光年的星际之旅。李淼、张双南、基普·索恩、曹军威靠前外很华丽的物理学与天文学大咖阵容联袂力荐。“能够穿越星际的,唯有引力波和爱” ,这是一部关于引力波的编年史和科普大片,也是一个有情节、有声音、有温度的“明星”故事和一部划时代的使命宣言。引力波的发现,补全了爱因斯坦广义相对论缺失的“很后一块拼图”,是过去100年很重要的宇宙学发现,LIGO项目组成员将是未来诺贝尔物理学奖的有力角逐者。这部文笔优美的著作引领读者透过“引力波的窗口”了解宇宙探索的奥秘,认知黑洞碰撞与时空弯曲引发的天文现象。作为引力波探索活动的参与者,我发现珍娜·莱文把我们的愿景、奋斗过程,以及在成功道路上克服一切艰难险阻的精神都表现得淋漓尽致。我认为这是一部很好棒的作品。——基普·索恩,有名理论物理学家、《星际穿越》作者

    读者对象

    内容简介

    十几亿年前,在浩瀚宇宙的某个时空,两个黑洞发生了碰撞。其中一个黑洞的质量是太阳的29倍,另一个是太阳的36倍,它们碰撞后合并成一个大黑洞,质量达到太阳的60倍。黑洞碰撞是宇宙起源以来威力优选的天文事件之一,释放出的能量超过1021个太阳。黑洞合并时,无数能量以引力波的形式,不停地向外传播,在时空中荡起层层涟漪。
    1916年,阿尔伯特·爱因斯坦在一篇关于广义相对论的论文中预言了引力波的存在。2015年9月,引力波经过长达14亿光年的星际旅行来到了地球。
    从伽利略用一架简陋的望远镜观察太阳开始,人类利用400多年来所拍摄的一系列静止的太空照片,汇编成一部讲述宇宙历史的无声电影。然而,所有望远镜都无法记录黑洞碰撞的过程,人类能够捕捉到的专享线索可能就是时空振荡发出的声音。
    半个世纪之前,一股记录宇宙声音的热潮悄然掀起。为了“在相当于地球周长1000亿倍的距离上测量出比人的头发丝直径还要小的长度变化”,为了给宇宙历史这部无声电影配上一张原声大碟,许多科研人员全身心地投入到引力波探测实验当中。2015年9月和2016年2月,激光干涉引力波天文台(LIGO)两次成功探测到引力波,证实了100年前爱因斯坦的预言。
    在书中,作者珍娜·莱文再现了50多年来,LIGO科学合作组织的科研人员在此过程中面临的困难、经受的考验和付出的艰辛。引力波探测本来只是一个有意思的思想实验,但引起了雷纳·韦斯、基普·索恩和罗纳德·德雷弗的注意。为了把梦想变成现实,他们组建了一支规模达数百人的靠前性研究团队,建造了两台灵敏度很好高的巨型探测器。他们一直在跟时间赛跑,希望在爱因斯坦提出引力波概念100周年纪念日到来之前,能聆听到来自遥远太空的“引力波蓝调”。
    珍娜·莱文将这个精彩程度不亚于《星际穿越》的故事娓娓道来,以引人入胜的笔触为我们描述了其间的惊奇、失望、成就、风险和人性。
    珍娜·莱文著的《引力波(精)》是一部关于引力波的编年史,有情节,有声音,更有温度。

    精彩内容

        **章 黑洞碰撞

        在宇宙的某个地方,两个黑洞发生了碰撞。这两个黑洞与恒星的质量差不多,体积却只有一般城市那么大,是真正意义上的黑洞(里面空荡荡的,没有一丝光)。在碰撞发生前的*后几秒钟里,它们在引力作用下一起绕着*终接触点完成了数千次的旋转,使时空发生了剧烈振荡。碰撞之后,这两个黑洞合并到一起,形成了一个更大的黑洞。黑洞碰撞是宇宙诞生之后威力*大程度的一个现象,释放出的能量超过1021 个太阳。碰撞发生时一片黑暗,爆炸产生的所有能量都不会以光的形式逸出,所以用任何望远镜都无法观察到。
        黑洞合并时,无数能量以纯引力,也就是引力波的形式,不停地向四周传播,时空受到扰动而泛起涟漪。但是,即使有宇航员正好在附近,他也不会看见任何异常现象。不过,他所在的空间会发生铃振现象,对他挤压、拉伸,使他的身形发生变化。如果靠得足够近,他的听觉器官会随之振动,也就是说,他可以“听见”引力波。在空无一物的黑暗中,他可以听见时空发出的声音(如果黑洞没有夺走他的生命)。引力波就像不需要物质媒介的声音,在黑洞相互碰撞时,就会发出这样的声音。
        没有人听过引力波的声音,也没有任何仪器留下清楚无误的记录。虽然引力波以光速传播,但是从碰撞点传播到地球可能需要10 亿年的时间。在到达地球之前,黑洞碰撞发出的声音已经**微弱了,以至于用语言根本无法形容,如此微弱的声音我们肯定难以察觉。在引力波抵达地球时,空间的鸣响会引起距离的相对变化,在相当于三个地球并排的跨度上位移一个原子核的宽度。
        半个世纪之前,一股记录天空中各种声音的潮流悄然兴起。LIGO(激光干涉引力波天文台)是美国国家科学基金会(NSF,为基础性科学研究提供支持的美国联邦政府独立机构)迄今为止投入*多的项目,包括两台探测器,分别位于华盛顿州汉福德和路易斯安那州利文斯顿,各占地4 平方公里。LIGO的综合成本超过10 亿美元,参与合作的全球科学家和工程师有数百人之多,是所在专业领域几十年来科技创新工作的一个标志性成果。在过去几年里,为了提升探测能力,这两台机器都处于脱机状态。一名实验人员告诉我,机器的所有部件都被更换了,除了那个空空如也的管道(真空管)。与此同时,世界各地的科研团队都在进行紧张的计算,希望可以预测宇宙*喧闹的状态何时到来。
        理论学家则利用这段时间设计数据算法,建立数据库,并想尽办法充分利用这些工具。为了“在相当于地球周长1 000 亿倍的距离范围内测量出比人的头发的直径还要小的变化”,许多科研人员全身心地投入其中。
        如果探测到引力波,人们有望在随后几年里取得丰硕的成果,因此位于地球上的天文台渴望记录天文巨变从不同方向、不同距离传到地球上的声音。死星发生碰撞,古老的恒星发生爆炸,还有曾经发生的宇宙大爆炸,所有这些高冲击强度的混乱状况都有可能引起时空振荡。从伽利略用一架简陋的望远镜观察太阳开始,人类把400 年来拍摄的一系列静止的天空照片,汇编成一部讲述宇宙历史的无声电影。在这些天文台投入使用期间,科学家们将为这部电影配上一首不是很悦耳却**热闹的主题曲。
        在这个尝试测量时空形态微弱变化的具有里程碑意义的实验中,我身兼数职:首先是作为一名科研人员,希望为一个庞大的科学领域做出自己的贡献;其次是作为一名初学者,希望深入了解干涉仪;*后是作为一名作者,用手中的笔记录人类在黑洞研究活动中取得的重大进展。随着全球范围内争相建造引力波天文台的热度逐渐消减,这个领域即将有重大发现的前景牢牢地吸引了人们的注意力。不过,仍然有人强烈怀疑它*终能否取得成功。
        尽管在开始的时候,LIGO项目面临诸多困难:争议不断,权威科学家表示反对,团队内部斗争十分激烈,技术上也一筹莫展。但是,LIGO项目没有被击垮,而是摆脱了阴影,不断变强,走上了发展的道路。50 年前,使用一个无比庞大的机器去捕捉极其微弱的声音,还仅仅是人们的一个遥远的梦想,而现在已经万事俱备,只欠东风了。在20 世纪60 年代,这个灵光乍现而来的思想实验仿佛一首令人莞尔的俳句诗,而现在它已经变成由金属和玻璃制成的实物。2015 年秋,在爱因斯坦提出引力波预言的100 周年之际,改进后的LIGO探测器开始记录太空传来的声音。在一两年(也有可能是三年)之内,这些机器就会达到*灵敏的状态。
        上一代的机器证明这个概念是可行的,但成功却不是唾手可得的,因为大自然并不总是按人类的意愿行事。这些高精尖的机器可以自动锁定目标,也可以由人来完成调整、修正、校准等操作。如今,这些机器静静地等待着捕捉某个非同寻常的信号,科学家们也摒除疑念,坚持完成*后的工作。
        本书既是一部引力波编年史(是宇宙历史的有声记录,也是为那部无声电影谱写的主题曲),又是献给那些矢志不渝、坚持不懈的实验人员,以及愚公移山式科学精神的一首赞歌。

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